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第4章 物理性污染的毒性效应 4.1 电离辐射的生物效应 电离辐射（ionizing radiation）：一切能引起物质电离的辐射总称。 电离辐射将能量传递给有机体，引起生物体的一些改变，称为电离辐射生物学效应。 电离辐射对生物体的影响可以在生命系统的不同层面上表现出来，如生态系统、生物群落、种群、个体、组织、细胞和分子水平的损伤等。 4.1.1 辐射源 电离辐射的种类： 带电荷离子：α粒子、β粒子 不带电离子：X射线、γ射线 天然本底辐射 ①来源于宇宙线，主要包括高能质子、α粒子、X射线和γ射线等。 ②来自地表的天然放射性元素产生的射线，含量较多的是40K、铀系、钍系和锕系等放射性元素。 ③地表空气或水中的天然放射性元素产生的射线，地表空气中的天然放射性元素主要是氡，水中的主要天然放射性元素是40K、铀（U）、镭（Ra）、钍（Th）等。 ④动植物体内的天然放射性元素，包括40K、14C、3H、U、Th。 人工诱发辐射 ①医学辐射照射。主要是X射线诊断检查、核医学和放射性治疗。 ②核动力生产。核电站、核动力的火箭、核潜艇等有放射性废气产生，核燃料的再生和处理也会有放射性废物向环境排放。 ③核武器实验。 4.1.2 辐射的生物效应 1. 根据照射量率，可将辐射的生物效应分为急性效应和慢性效应。 2. 根据生物效应出现的时间，可将辐射的生物效应分为早期效应和远期效应。 4.1.3 分子水平的毒性效应 1. DNA损伤 电离辐射引起DNA损伤的主要形式: 1）碱基变化。 包括碱基环被破坏、碱基脱落丢失、碱基替代（一种嘌呤碱被另一种嘌呤碱替代，一种嘧啶碱被另一种嘧啶碱替代）或形成嘧啶二聚体等。 2）DNA链断裂：单链断裂、双链断裂。 3）DNA交联。DNA在辐射作用下，在碱基之间或碱基与蛋白质之间形成了共价键，而发生DNA-DNA交联和DNA-蛋白质交联。 1）电离辐射可引起蛋白质和酶分子结构的破坏，包括肽键电离、肽键断裂、巯基氧化、二硫键还原、旁侧羟基被氧化等。 2）电离辐射对蛋白质生物合成产生影响。某些条件下，蛋白质的生物合成被激活，某些条件下，蛋白质的生物合成被抑制，有时还会出现蛋白质的生物合成先抑制后增强的现象。 3）电离辐射对蛋白质分解代谢产生影响。电离辐射照射可引起溶酶体的破坏，使组织蛋白酶释放，因而蛋白酶的活力明显增加，促使细胞内和细胞外蛋白质的分解代谢增强。 3.对脂类和糖类代谢的影响 往往会出现脂血症，表现为甘油三酯明显增加，磷脂含量增高，肝中脂类过氧化物含量上升，胆固醇含量呈波动性变化。 4.1.4 细胞与亚细胞水平的毒性作用 在形态学上的表现主要有： 1）对生物膜结构的影响 主要影响生物膜的表面电荷、膜脂质成分和膜蛋白质功能，其中研究较多的是电离辐射引起的脂质过氧化。 膜蛋白中含有较多的酶类和受体，电离辐射可使蛋白质结构中的二硫键还原断裂、巯基氧化、氢键和肽键受到破坏，会直接影响蛋白质的一级结构和空间结构，从而使蛋白质丧失了正常的生物学功能。 2）细胞核改变 细胞核是电离辐射的重要靶子，其效应表现为细胞核肿胀、溶解、固缩或破碎等。核膜也可发生相应的变化，包括肿胀、折叠、产生深内凹性裂隙以及破裂等。 4）细胞器改变 线粒体受到照射后，其形状和大小可发生改变，包括肿胀、内膜嵴减少或破裂，重者可发生纵裂。 溶酶体对辐射也较敏感。 4.1.5 个体水平的毒性效应 动物全身接受不同剂量照射后，可出现轻重不同的反应。 剂量较小时只出现血相轻微变化，有时伴有一些不舒适的感觉，称为放射反应。 当机体在短时间内受到大剂量（＞1Gy）电离辐射照射可引起全身性疾病，称为急性放射病。可引起急性放射病的射线有γ-射线、中子和X射线等。 急性放射病的类型： 骨髓性急性放射病的主要病变是造血组织损伤，骨髓空虚，淋巴组织萎缩； 肠型放射病以呕吐、腹泻、血水便等胃肠道症状为主要特征 ； 脑型放射病的主要病变是中枢神经系统损伤，尤以小脑、基底核、丘脑和大脑皮层为甚，出现血管炎、脑膜与脑实质炎症脑水肿等。 电离辐射对植物的损伤表现为形体异常，或生长减慢、产量降低，或再生能力丧失、枯萎，在高剂量照射时死亡。 不同种类的植物对辐射的敏感性存在区别。例如苔藓、地衣类植物有很强的辐射抗性，木质类植物则有很高的辐射敏感性。 松树是辐射最敏感的植物，在受到吸收剂量为1